Разработка методики получения физиологически полноценной питьевой воды

Полный текст

Введение. Химический состав питьевой воды в его количественном и качественном выражении может являться причиной многих заболеваний че- ловека [1, 2]. «Мягкая» вода с низким содержанием солей кальция и магния является фактором риска сердечно-сосудистой патологии и других широко распространенных заболеваний. Распространенность гипертонической болезни (ГБ) в регионах, снабжае- мых маломинерализованной водой, значительно (до 25-30%) превышает этот показатель для регионов с водой нормальной жесткости. Например, для мужчин 40-59 лет - жителей Санкт-Петербурга - частота ГБ составляет 40,1%, что в 1,5-2 раза превышает ча- стоту ГБ в других городах России (20-22%) и Москве (28,7%). Аналогичная корреляция наблюдается в от- ношении заболеваний опорно-двигательного аппара- та [1]. Свыше 65% населения Российской Федерации (РФ) проживают в условиях дефицита йода, что в ряде случаев является причиной развития врожденных аномалий, повышенной перинатальной смертности, снижения умственных способностей [9]. Добавление йода к питьевой воде приводит к существенному сни- жению патогенного накопления кальция в нейронах и повышению устойчивости клеток головного мозга к аноксии. При этом важным условием проявления нейропротективного эффекта йода, вводимого с пи- тьевой водой, является одновременное обогащение ее кальцием и магнием. Система I-Ca-Mg играет важ- ную роль в обеспечении функций нейронов, лежащих в основе процессов обучения и памяти. Практически повсеместно в питьевой воде имеется недостаток фтора, что обусловливает заболеваемость кариесом зубов более 60% детей (в Карелии, Оренбургской обл. - до 90-98%) [1]. Экстремальные природно-климатические условия Арктики обуславливают формирование ряда элемен- тозов, характеризующихся дефицитом эссенциальных и повышенным накоплением токсических элементов, что приводит к формированию «полярного» типа обмена. Еще более острой проблема дефицита жиз- ненно важных минералов становится при применении для водоснабжения военнослужащих в Арктической зоне (АЗ) РФ физиологически неполноценной воды, получаемой из талого снега [8]. Понятие физиологической полноценности воды научно обосновано гигиеническими исследованиями, показавшими неадекватность потребления полностью деминерализованной питьевой воды физиологиче- ским потребностям организма. Кондиционирование питьевой воды определяется как минерализация ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 3 (63) - 2018 133 Экспериментальные исследования (соленасыщение) деминерализованной (дистиллиро- ванной, или природной ультрапресной) воды с целью максимального приближения ее химического состава к параметрам, установленным СанПиН 2.1.4.1116-02 на физиологически полноценную питьевую воду [13]. Цель исследования. Разработка методики кон- диционирования питьевой воды для достижения ее физиологической полноценности и профилактики дисэлементозов у военнослужащих. Материалы и методы. Отбор проб водопрово- дной воды и снега проводили согласно действую- щим нормативным документам [3, 4]. Содержание тяжелых металлов в воде определяли на атомно-аб- сорбционном спектрометре с электротермической атомизацией «МГА-915М» фирмы «Люмэкс» (Россия) в соответствии с ГОСТ Р51309-99 [5]. Для определения анионного и катионного состава воды использовали систему капиллярного электрофореза «Капель-105М» фирмы «Люмэкс» (Россия) [7]. Химический состав и качество водопроводной питьевой воды, употре- бляемой военнослужащими, проходящими службу в гарнизонах Видяево, Снежногорск и Печенга, а также воды, получаемой из талого снега, для водоснабжения военнослужащих на о. Котельный (Новосибирские острова) изучали в соответствии с ГОСТом [6]. Анализ результатов измерений осуществляли стандартными методиками линейной статистики. Для оценки до- стоверности различий полученных результатов ис- пользовали t-критерий Стьюдента при 95% уровне вероятности. При обработке данных химического анализа вычисляли сходимость результатов двух из- мерений и cравнивали ее значение с приведенным в соответствующем ГОСТе. Результаты и их обсуждение. Установлено, что в Снежногорске и Видяево водоисточниками служат поверхностные водные объекты с маломинерали- зованной водой, дефицитной по основным макро- и микроэлементам. В Печенге водоисточником яв- ляется скважина, вода из которой физиологически полноценна по кальцию, магнию и калию, хотя микро- элементы йод и фтор содержатся в недостаточном количестве (табл. 1). В пробах воды с о. Котельный, которая приго- товлена путем плавления снега, обнаружено крайне низкое содержание макроэлементов: кальция, магния и калия, а также эссенциальных микроэлементов, та- ких как цинк (0,005±0,002 мг/л), селен (<0,005 мг/л), молибден (<0,001 мг/л); йод, фтор и медь в воде от- сутствовали. Вода, получаемая в результате таяния снега, в целом очень бедна химическими элементами [8]. Сухой вес такой воды составлял в среднем 26,5 мг/л, что в 3 раза ниже, например, невской воды (76,8 мг/л) и в 7,5-19 раз ниже рекомендованного СанПиН 2.1.4.1116-02 уровня минерализации в 200-500 мг/л [13]. Очевидно, что вода из Видяево, Снежногорска и с о. Котельный нуждается в кондиционировании. Известны способы кондиционирования опреснен- ных вод путем растворения в них заданного количе- ства твердых солей. Например, согласно инструкции к набору солей для приготовления питьевой воды из дистиллята (ТУ 6-09-3457-78) используются: 1) натрий сернокислый - 96 г и магний сернокислый - 81 г; 2) кальций хлористый кристаллический - 322 г; 3) натрий двууглекислый - 262,6 г и фтористый натрий - 1,5 г. Эти наборы позволяют довести солесодержание воды до 500 мг/л [11]. Однако при воспроизведении данной методики в лабораторных условиях получены следующие результаты: после поочередного раство- рения солей в воде в емкости выпал осадок, который не растворялся при перемешивании и сохранялся на протяжении всего срока эксперимента (7 сут). В рас- творе над осадком внесенные соли отсутствовали, либо их концентрация была значительно ниже заяв- ленной (табл. 2). Целью разработанной нами методики являлось достижение непрерывной минерализации объемов маломинерализованной воды необходимыми для кондиционирования ионами. При разработке мето- дики применяли два концентрированных солевых раствора, причем каждый из них содержал несовме- стимые с точки зрения растворимости для другого солевого раствора компоненты. Растворы вносили раздельно в емкость с обессоленной водой. Раствор № 1, г/л: кальций - 75-85; магний - 17-22. Раствор № 2, г/л: фтор - 1,12-1,44; гидрокарбонат - 60-70; калий - 20-25; йод (в форме йодата) - 80-120 мг/л. Таблица 1 Содержание эссенциальных элементов в пробах питьевой воды, поставляемой военнослужащим, мг/л Элемент Норматив СанПиН 2.1.4.1116-2 [13] Место отбора пробы Элемент Норматив СанПиН 2.1.4.1116-2 [13] Снежногорск Видяево Котельный Печенга Кальций 25-130 8,0±0,7 4,0±0,6 2,0±0,4 43,0±3,5 Магний 5-50 6,0±0,8 1,5±0,2 0,3±0,1 7,7±0,9 Калий 2-20 1,1±0,05 0,8±0,04 0,25±0,06 5,9±0,8 Йод 0,04-0,125 0* 0* 0* 0,01±0,001 Фтор 0,6-1,5 0* 0* 0* 0,4±0,035 Сухой вес 200-500** 93,1±7,2 22,4±1,6 26,5 257,0±16,4 Примечание: * - ниже предела обнаружения; ** - для воды высшей категории. 134 3 (63) - 2018 ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ Экспериментальные исследования Содержание элементов в воде над осадком от расчетного (по суткам), % Таблица 2 Сутки наблюдения Химический элемент Сутки наблюдения Кальций Магний Натрий Фтор 0 4,4 2,3 14,5 0 1 6,3 5,9 19 0,2 2 9,8 8,6 31 0,8 3 17,5 14,1 55 1,4 7 56 36,4 93,2 1,8 При введении в разные водные потоки (с последую- щим их объединением в накопительной емкости) двух минерализующих концентратов, компоненты одного из которых, например ионы щелочноземельных ме- таллов - кальция и магния, образуют труднораствори- мые соединения с компонентами другого, например ионами фтора и йодата, достигается необходимая степень равномерности их распределения в объеме воды в накопителе, что препятствует осадкообразо- ванию. При определении необходимой концентрации вносимых солей исходили из положения, что нижняя граница концентраций ограничена необходимостью достижения физиологической полноценности воды, а верхняя - процессом осадкообразования, который определяется величиной предельной растворимости образующихся в воде химических соединений. Поток дистиллированной воды расходом 10 л/мин подавали из бутыли емкостью 40 л. Поток разделили на два по 5 л/мин каждый при помощи тройника и силиконовых шлангов длиной 1 м, вода из которых поступала в общую емкость объемом 40 л. Расход 5 л/мин достигался при помощи регулирующих кранов, которыми были снабжены шланги. Ввод минерали- зующих реагентов осуществляли двумя перисталь- тическими микронасосами «РР-х-20» общества с ограниченной ответственностью «Вилитек» (Москва). Длительность эксперимента составляла 2 мин, в ре- зультате чего в бутыли-приемнике собиралось 20 л кондиционированной питьевой воды. Осадок не об- разовывался ни сразу после внесения солевых концен- тратов, ни в течение 7 сут последующего наблюдения. В течение 7 сут проводили динамический химический анализ на соответствие содержания введенных ком- понентов заданному. Содержание ионов в воде, кон- диционированной с помощью жидкой минеральной добавки, составило (мг/л): кальций - 36±1,4; магний - 9,3±1,3; калий - 7,2±1,5; натрий - 5,3±0,9; йодат - 0,05±0,003; фторид - 0,61±0,02; хлорид - 105±13,0; гидрокарбонат - 31±4,5. Показатели качества полученной питьевой кон- диционированной воды представлены в таблице 3. Предварительно оценивались органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность) кондиционированной воды, которые соответствовали требованиям СанПиН 2.1.4.1116-02 [13]. Предложенный нами способ объективизации контроля за проведением кондиционирования за- ключается в определении содержания кальция с по- мощью тест-полоски в воде до и после проведения кондиционирования. Показатели качества кондиционированной воды, M±m Таблица 3 Показатель Исходная (дистилли- рованная) вода Кондиционирован- ная вода* ПДК по СанПиН 2.1.4.1074-01 [12] Нормативы качества воды по СанПиН 2.1.4.1116-02 [13] рН, ед. 5,4±0,1 7,2±0,2 6-9 6,5-8,5 Жесткость, мг-экв/л 0,1±0,001 2,2±0,3 7 1,5-7 Щелочность, мг-экв/л 0,05±0,02 2±0,1 нн 0,5-6,5 Гидрокарбонаты, мг/л 3±0,2 120±10,5 нн 30-400 Хлориды, мг/л 0,02±0,006 6±0,5 350 150-250 Сульфаты, мг/л 0,5±0,02 19,5±1,8 500 150-250 Кальций, мг/л 0,8±0,04 36,2±2,6 нн 25-130 Магний, мг/л 0,6±0,1 9,2±0,8 нн 5-65 Калий, мг/л 0,15±0,03 7,1±0,6 нн 2-20 Фториды, мг/л 0 0,6±0,02 1,5 0,6-1,2 Йодаты, мг/л 0 0,05±0,003 0,125 0,04-0,125 Сухой остаток, мг/л 5,1±0,2 240±12 1000 100-1000 Примечание: * - различия всех показателей по сравнению с исходной (дистиллированной) водой, р<0,05. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 3 (63) - 2018 135 Экспериментальные исследования По результатам проведенного исследования получен патент на изобретение «Способ получения кондиционированной питьевой воды» [10]. Заключение. Методика кондиционирования пи- тьевой воды при ее внедрении в практику водообе- спечения военнослужащих Министерства обороны РФ позволит улучшить качество питьевой воды за счет обогащения эссенциальными макро- и микроэлемен- тами, повысить ее физиологическую полноценность, что послужит эффективной мерой профилактики заболеваемости военнослужащих, обусловленной дисбалансом биогенных элементов в организме. По- лученные результаты в значительной мере позволят решить проблему дисэлементозов у военнослужащих. Выводы 1. Разработана методика и способ кондициони- рования маломинерализованной воды, получаемой из талого снега в Арктической зоне, с целью профи- лактики дисэлементозов и восполнения дефицита биогенных элементов в организме военнослужащих. 2. Качество питьевой воды, кондиционированной по разработанной методике, по всем изученным по- казателям удовлетворяло требованиям химической безопасности СанПиН 2.1.4.1074-01, вода содержала эссенциальные макро- и микроэлементы в количе- ствах, соответствующих нормативам физиологиче- ской полноценности питьевой воды согласно СанПиН 2.1.4.1116-02.

Об авторах

А В Кривцов

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

Е Ф Сороколетова

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

А П Селезнев

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

А И Андриянов

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

В П Андреев

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

Ю В Ищук

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

Е С Мартынова

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

А А Корнеева

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mil.ru
Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы